Almacenamento de enerxía e aire comprimido: eficiente e rendible

O obxectivo de almacenamento de enerxía é capturar a enerxía e entregala eficazmente para o seu uso futuro. As tecnoloxías de almacenamento de enerxía ofrecen varias vantaxes importantes: mellora da estabilidade da calidade da enerxía, fiabilidade da subministración eléctrica, etc. Nos últimos anos, ao intensificarse a crise enerxética, o almacenamento de enerxía converteuse nun importante foco de investigación tanto na industria como no mundo académico. Existen varios métodos para almacenar enerxía,como o mecánico, o eléctrico, o químico, o electroquímico e o térmico.

As tecnoloxías e almacenamento de enerxía xogarán un papel crucial no aumento tanto da eficiencia como da dispoñibilidade de enerxía renovable. O almacenamento de enerxía de aire comprimido (CAES) permite o almacenamento eficiente e rendible de grandes cantidades de enerxía, xeralmente por riba de 100MW.

Con todo, esta tecnoloxía está limitada polos riscos inherentes á exploración subterránea. Para reducir esta desvantaxe, propoñemos un concepto de mini-CAES onde a cavidade é menos profunda que a CAES actual. Este concepto redefine a capacidade de almacenamento de enerxía cunha potencia de capacidade de almacenamento no rango de 10 a 100 MW, minimizando así o impacto na superficie e facéndoo menos custoso que o CAES convencional. Os achados describen os parámetros técnicos a considerar para mini-CAES e a relación dos mesmos coa capacidade de almacenamento de enerxía.

Como resultado deste estudo, optimizouse a infraestructura do subsolo e as súas interaccións coa superficie e as condicións enerxéticas. Mini-CAES é máis adecuado para enerxía renovable que CAES máis profundo.

O almacenamento de enerxía de aire comprimido (CAES) baséase no ciclo da turbina de gas. O excedente de enerxía úsase para comprimir aire usando un compresor rotativo e logo almacenalo, a miúdo nunha cámara subterránea. Cando se require enerxía, libérase da cámara e pasa a través dunha turbina de aire que xera electricidade a partir do fluxo de aire a alta presión. A produción da planta pódese aumentar queimando gas natural no aire a alta presión antes de que ingrese á turbina de aire, como sucedería nunha turbina de gas convencional. Con todo, isto ten a penalización de producir emisións de dióxido de carbono, o que non ocorre coa planta de almacenamento simple. As plantas máis avanzadas poden almacenar calor durante a compresión do aire e liberalo durante a fase de expansión. Só construíronse dúas plantas comerciais de CAES.

As plantas de almacenamento de enerxía en aire comprimido (CAES) funcionan con motores que accionan compresores, que comprimen o aire para almacenalo en recipientes adecuados. A enerxía almacenada no aire comprimido pode liberarse para accionar un expansor, que á súa vez acciona un xerador para producir electricidade. En comparación con outras tecnoloxías de almacenamento de enerxía (É), as plantas CAES teñen unha potencia e unha capacidade de almacenamento moi grandes, unha baixa autodescarga e unha longa vida útil. Estes atributos convértena no método máis prometedor e rendible para os servizos de rede de É a gran escala.

As plantas CAES convencionais teñen unha eficiencia de ida e volta relativamente baixa; con todo, os estudos de investigación sobre conceptos CAES máis avanzados, como a CAES adiabática e isotérmica, tratan de mellorala. O mundo ten unha gran capacidade de almacenamento de aire comprimido no subsolo, o que significa que a CAES podería proporcionar unha cantidade significativa das futuras necesidades de enerxía eléctrica do mundo. Neste capítulo expóñense os principios de funcionamento de CÁELA, compárase CÁELA con outras tecnoloxías de enerxía eléctrica, enuméranse os servizos de rede para os que a CAES é máis adecuada, preséntanse os deseños avanzados de CÁELA e os proxectos actuais, examínase a análise da exergía das plantas e os compoñentes de CÁELA, infórmase sobre o potencial mundial de CÁELA e ofrécense direccións de investigación e desafíos futuros.

Os Sistemas de Almacenamento de Enerxía son chave para mellorar o factor de carga das enerxías renovables. miniCAES describe infraestruturas subterráneas menos profundas para almacenar enerxía. Definiuse a cavidade, así como o impacto da instalación na superficie. miniCAES reduce o risco de exploración e unha mellor adaptación ás enerxías renovables. O sistema miniCAES permite xestionar a enerxía de forma economicamente rendible.

O sistema de almacenamento de enerxía de aire comprimido (CAES) é unha das tecnoloxías de almacenamento de enerxía altamente eficientes e de baixo custo de capital, que se utiliza a gran escala. Con todo, debido a múltiples limitacións operativas e técnicas, a operación CAES debe incorporarse con características termodinámicas. Por tanto, neste documento, investígase o modelado termodinámico novo da instalación CAES integrada coas granxas híbridas térmicas, eólicas e fotovoltaicas (PV) para participar nos mercados de enerxía e reserva. A consideración das características termodinámicas fai que a programación proposta sexa máis realista, ao mesmo tempo que impón múltiples restricións ao funcionamento óptimo do sistema híbrido. Analízase simultaneamente o funcionamento da instalación CAES durante os modos de carga e descarga, considerando características termodinámicas, e calcúlase o estado de carga da caverna para ambos os modos. Ademais de ter en conta as características termodinámicas, a capacidade do ciclo de recuperación está integrada para que a instalación CAES recupere a calor da turbina no precalentador, o que dá como resultado unha maior eficiencia da turbina. A programación proposta do sistema híbrido está exposta a un alto nivel de incerteza causado pola enerxía e os prezos do mercado de reserva, así como pola fluctuación da potencia dos parques eólicos e fotovoltaicos. Por tanto, o enfoque estocástico baseado en escenarios aplícase con base en datos históricos reais da estación KHAF en IRÁN para manexar as incertezas existentes. Proporciónanse resultados numéricos para diferentes casos. As principais conclusións dos resultados numéricos mostran a efectividade do ciclo de recuperación desde a mellora da rendibilidade e a redución do combustible queimado ata un 11,36 % e un 11,33 %, respectivamente.